实验一 土的三项基本物理指标测试
土的基本物理指标是指土的含水率、密度和土颗粒比重三项，它既是表示土的三个物理特性，又是计算土的孔隙比、孔隙率、饱和度和干容重指标的基本依据。其中，含水率、容重二项指标又是控制施工质量的指标。
一、密度试验：
土的密度是指土的单位体积质量。
（一）试验目的
测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。
（二）试验方法
常用的测定方法有环刀法、蜡封法、灌砂法等。环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法——取一块试样称其质量后浸入
融化的石腊中，使试样表面包上一层腊膜，分别称腊加土在空气中及水中的质量，已知腊的比重，通过计算便可求得土的密度。对难取原状试样的砂土、砂砾石和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。
以下仅介绍环刀法。
（三）仪器及工具
1．环刀：内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。
2．天平：感量0.1克。
3．其它工具：钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。
（四）试验步骤（环刀法）
1．将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上；
2．切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止；
3．用钢丝锯将环刀两端余土削去，再用刮土刀刮平两端，将试样两端余土留作含水率试验用；
4．擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克。
5．按下式计算土的湿度及干密度；
式中：——试样湿度密度（g/cm3）
m0——湿土质量（g）
V——环刀体积（cm3）
——试样干密度（g/cm3）
w0——含水率（％）
计算至0.01g/cm3。
（五）操作注意事项
用环刀切取试样，应尽量防止扰动，为避免环刀下压时挤压四周土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽量避开，如无法避开视情况酌情补土。
二、含水率试验
土的含水率是指土在温度100~105℃下烘至恒重时失去水分的质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。
（一）试验目的
测定土的含水率，以了解土的含水情况并提供计算土的干密度土的孔隙比、饱和度及土的其它物理力学指标的基本参数。
（二）试验方法
室内试验的标准方法为烘干法。在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水率，可以依据土的性质和工程情况分别采用下列方法：
1．酒精燃烧法：取3～5克试样，用无水酒精浸湿燃烧至恒重，求其含水率
2．比重法：适用于砂性土。
3．炒干法：适用于含砾石较多的土。
4．实容积法：适用于粘性土。
以下仅介绍烘干法。
（三）仪器及工具
1．温度能保持在100~105℃的电热烘箱；
2．天平：感量0.01克；
3．其它工具：称量盒及干燥器等。
（四）试验步骤
1．取代表性试验，粘性土约15~20克，砂性土，约50g，放入称量盒内，盖好盒盖，立即称盒加湿土质量，准确至0.01克。
2．打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~110℃的恒温下烘干。（烘干时间对于粘性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h）。
3．将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，精确至0.01g。
4．按下式计算含水率
式中：w0——含水率（％）
m0——湿土质量（g）
ms——干土质量（g）
计算至0.1％。
5．本试验需进行两次平行测定，取两次测值的平均值。允许平行差值：
含水率 40％时，允许平行差值不得大于1％；
含水率 40％时，允许平行差值不得大于2％。
否则需重新测试。
（五）操作注意事项
含水率试验的结果是否准确，关键在于取土的代表性，一般从取密度试验环刀两端余土测试，这样有助于了解土层的真实情况和对实验成果的分析。取样的数量、温度及烘焙时间等均会影响试验精度，但可以人力避免。
实验二 土的颗粒筛分试验
为了研究土中不同颗粒含最对其性质的影响，通过颗粒分析以确定土的级配，并借以确定土的种类及评价土的工程性质。
土的颗粒分析试验分筛分法、比重计法、移液管法。这三种方法分属二类：筛分法、沉降分析法。筛分法适用于粒径大于0.074mm的土，沉降分析法（比重计法、移液管法）适用于粒径小于0.074mm的土。
一、筛析法：
（一）试验目的
颗粒分析试验一般甩筛分接、密度计法和移液管法测定。筛分法是利用一套孔径不同的标准筛，来分离一定量的砂性土中与筛孔相应的粒组，而后称重，计算各粒组的重量百分比，确定砂性土的粒度成份。
（二）仪器及工具
1 分析筛：
1) 粗筛，孔径为 10 、 5 、 2mm 。
2) 细筛，孔径为 1、 0 5 、 0.25 、 0 .075mm 。
2 天平：称量 5000g ，最小分度值 1g ；称量 1000g ，最小分度值 0.1g ；称量 200g ，最小分度值 0.01g
3 振筛机；筛析过程中应能上下震动。
4 其他：烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。
（三）试验步骤
1 按规定称取试样质量，应准确至 0.1g ，试样数量超过 500g 时，应准确至 1g 。
2 将试样过 2mm 筛，称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的 10% 时，不作细筛分析，筛上的试样质量小于试样总质量的 10% 时，不作粗筛分析。
3 取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒人依次叠好的细筛中，进行筛析。再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应准确至 0.1g 。
4 筛后各级筛上和筛底上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1% 。
（四）操作注意事项
当粒径小于 0.075mm 的试样质量大于试样总质量的 10 ％时，应按本标准密度计法或移液管法测定小于 O.075mm 的颗粒组成。
二、密度计法
密度计法是将定量的土样与水混合倾注量筒中，使悬液体积达到 1000mm ，悬液经过搅拌大小颗粒均匀地分布于水中，因此悬液的浓度上下一致。然而颗粒相同的土粒依照司笃克定律将以等速下降，经过一定时间后量得某一深度悬液的比重与原来的悬液的比重相比较，即可求出小于某批径的百分数。
（一）试验目的
密度计法适用于分析粒径小于0.075mm的土样，若试样中含有大于0.075mm的粒径时，应联合使用密度计法和筛析法。
（一）试验原理
1. 斯笃克定律
斯笃克研究了球体颗粒在悬液中下沉问题，认为不同球体颗粒在悬液中的下沉速度与它们直径大小d有关，这种反映悬液中颗粒下沉速度和粒径关系的规律，称为斯笃克定律。按照这一定律，土颗粒在溶液中下沉时，较大的土粒首先下沉，经过某一时段t，只有比某一粒径d小的土粒仍然浮在悬液中，这些土粒在悬液中通过铅直距离L，在时间t内下沉速度为
或 （ 1–1）一个土一个于
式中 η ——纯水的动力粘滞系数，Pa·s（10-3）；
d ——土颗粒粒径，mm；
——土粒的密度，g/cm3；
Gs ——土粒的比重；
——水的密度，g/cm3；
——温度4℃时水的密度，g/cm3；
——温度T℃时水之比重；
L ——某一时间t内土粒的沉降距离，cm；
t ——沉降时间，s。
为了简化计算，用图 1–1的斯氏列线图，便可求得粒径d值。此时，悬液中在L范围内所有土粒的直径都比算得的d值小，而大于d的土粒都下沉到比L大的深度处。
．悬液中土粒质量的百分数
设V为悬液的体积，Ws为该悬液内所含土颗粒总质量。故开始时悬液单位体积内的土粒质量为，土粒的体积为。单位体积的悬液是由土粒和水组成，则水之体积应为，水之质量为，式中为试验开始时温度为T℃的水的密度。那么开始时土粒均匀分布的悬液密度为：
或 （ 1–2）
式中其他符号的意义同前。
现从量筒中液面下深度L处，取一微小体积的悬液进行研究。自开始下沉至t时间，悬液内大于粒径d之土粒，都通过此微小体积而下沉，小于粒径d之土粒一部分已通过此微小体积之底部，另一部分同时进入该体积之顶部，故该微小体积内小于粒径d的数量保持不变。设时间为t，该微小体积内小于粒径d之土粒质量为，则与总体积V内土粒质量之比为X（%），即：
则单位体积内小于粒径d之土粒质量为。故经过时间t后在深度L处该微小体积悬液的密度，可由式（ 1–2）求得：
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